無皂乳液聚合改性廢聚苯乙烯

孔祥文，王 丹

(沈陽化工大學 應用化學學院，遼寧 沈陽 110142)

綜合利用

無皂乳液聚合改性廢聚苯乙烯

孔祥文，王 丹

(沈陽化工大學 應用化學學院，遼寧 沈陽 110142)

以聚(甲基丙烯酸丁酯－丙烯酸鈉)(P(BMA－AANa))為乳化劑，采用無皂乳液聚合技術，利用BMA對廢聚苯乙烯(PS)泡沫塑料進行接枝改性。實驗得出適宜的工藝條件:P(BMA－AANa)質量分數為51.5%，m(BMA)∶m(丙烯酸)=4 ∶6，PS 和 BMA 質量分數之和為10.0%;m(PS)∶m(BMA)=5 ∶5，(NH4)2S2O8質量分數為1.1%，反應溫度為75～85℃，反應時間為3 h。在此工藝條件下合成的乳液的黏度、固含量和接枝率均較高，為乳白色液體，無顆粒，無異物，凍融穩定性合格，高溫穩定性合格。

廢聚苯乙烯;甲基丙烯酸丁酯;丙烯酸鈉;接枝改性;無皂乳液聚合;穩定性

廢聚苯乙烯(PS)的回收利用已有許多研究報道［1－8］，其中利用廢PS生產涂料和膠黏劑是一項投資少、見效快、適合我國國情的變廢為寶的綜合利用途徑［9－14］，而利用無皂乳液聚合技術對廢 PS進行改性還未見報道。無皂乳液聚合即聚合反應過程中無乳化劑或僅含少量乳化劑的乳液聚合，避免了傳統乳液聚合中乳化劑消耗量大、不能從聚合物中完全除去而影響產品純度和性能等問題，消除了乳化劑對環境的污染［15－17］。

本工作以親水性聚(甲基丙烯酸丁酯－丙烯酸鈉)(P(BMA －AANa))為乳化劑，利用BMA對廢PS進行接枝改性，合成了無皂乳液，可用于生產涂料、膠黏劑、紙張表面施膠劑、新型建筑材料等。

1 實驗部分

1.1 材料、試劑和儀器

廢PS;丙烯酸(AA)、BMA、十二烷基硫醇(DDM)、(NH4)2S2O8均為化學純。

WQL(LKY－2)型微粒度測定儀:上海精密科學儀器有限公司;NDJ－1型旋轉式黏度計:上海恒平科學儀器有限公司;721N型可見分光光度計:上海精密科學儀器有限公司。

1.2 無皂乳液的合成

參照文獻［18］的方法合成P(BMA－AANa)。在一定量的P(BMA－AANa)中，加入適量的蒸餾水、w(PS)為40%的溶液(溶劑m(甲苯)∶m(乙酸乙酯)=1∶1)和BMA，加熱并攪拌，升溫至預設反應溫度，加入適量濃度為0.05 mol/L的(NH4)2S2O8溶液，保溫反應3 h，制得無皂乳液。

1.3 性能測定

參照 GB/T 2794—1995《膠黏劑黏度的測定》［19］中的方法測定聚合物黏度;參照文獻［20］測定聚苯乙烯接枝率;參照文獻［21］測定乳液電解質穩定性;參照文獻［18］測定乳液凍融穩定性、高溫穩定性。采用微粒度測定儀測定乳液的粒度;參照GB1725—79(88)《涂料固體含量測定法》［22］測定乳液固含量。

2 結果與討論

2.1 反應溫度對乳液聚合情況的影響

反應溫度影響聚合體系的穩定性。實驗發現:聚合溫度低于75℃時，即使反應時間較長，反應仍不完全，殘留單體含量較高，乳液固含量較低、易分層;聚合溫度為75～85℃時，反應容易控制，殘留單體含量較少，反應接枝率較高，制得的無皂乳液穩定性較好;聚合溫度高于85℃時，反應速率過快，體系產生較多熱量，易導致暴聚，制得的無皂乳液穩定性較差、凝膠量較多、易分層。因此本實驗適宜的聚合溫度為75～85℃。

2.2 (NH4)2S2O8的加入方式對乳液聚合情況的影響

(NH4)2S2O8的加入方式對乳液聚合情況有很大的影響。一次加料法在聚合過程中的自升溫程度比連續滴加法強烈得多，制得的無皂乳液易凝膠化，乳液中有大量顆粒，穩定性較差。在連續滴加法中，(NH4)2S2O8緩慢滴加到反應瓶中，聚合反應速率得到有效控制，散熱容易，自升溫較平穩，得到泛藍光的乳白色液體，制得的乳液無凝膠、分層現象，乳液表面細膩，穩定性好。

2.3 P(BMA－AANa)質量分數對乳液性能的影響

在m(BMA)∶m(AA)=4 ∶6、m(PS)∶m(BMA)=5∶5、PS和 BMA質量分數之和為10.0%、(NH4)2S2O8質量分數為 1.1%、反應溫度為75～85℃的條件下，P(BMA－AANa)質量分數對乳液性能的影響見表1。由表1可見:隨P(BMAAANa)質量分數增大，乳液的黏度、固含量和接枝率均增大，乳液粒子粒徑逐漸減小，制得的乳液均無凝膠、分層現象，無顆粒，乳白色，穩定性好，凍融穩定性合格，高溫穩定性合格。P(BMA－AANa)質量分數為 51.5% ～65.7% 時，乳液的固含量和接枝率變化幅度不大，考慮到節省原料等因素，本實驗適宜的P(BMA－AANa)質量分數為51.5%。

表1 P(BMA－AANa)質量分數對乳液性能的影響

2.4 m(PS)∶m(BMA)對乳液性能的影響

在m(BMA)∶m(AA)=4 ∶6、P(BMA －AANa)質量分數為51.5%、PS和BMA質量分數之和為10.0%、(NH4)2S2O8質量分數為 1.1%、反應溫度為75～85℃的條件下，m(PS)∶m(BMA)對乳液性能的影響見表2。由表2可見:隨 m(PS)∶m(BMA)增大，乳液的黏度、固含量和接枝率先增大后減小;m(PS)∶m(BMA)=5∶5時，乳液的黏度、固含量和接枝率均最高。制備的乳液均為泛藍光的乳白色液體，無顆粒，穩定性好，凍融穩定性合格，高溫穩定性合格。故本實驗適宜的m(PS)∶m(BMA)為 5 ∶5。

表2 m(PS)∶m(BMA)對乳液性能的影響

2.5 (NH4)2S2O8質量分數對乳液性能的影響

在P(BMA－AANa)質量分數為 51.5%、m(BMA)∶m(AA)=4∶6、PS和 BMA 質量分數之和為10.0%、m(PS)∶m(BMA)=5 ∶5、反應溫度為75～85℃的條件下，(NH4)2S2O8質量分數對乳液性能的影響見表3。由表3可見:隨(NH4)2S2O8質量分數增大，乳液的黏度、固含量和接枝率均呈現先增大后減小的趨勢;當 (NH4)2S2O8質量分數為1.1% 時，乳液的黏度、固含量和接枝率均達最大值。制備的乳液均為泛藍光的乳白色液體，無顆粒，無異物，穩定性好，凍融穩定性合格，高溫穩定性合格。

表3 (NH4)2S2O8質量分數對乳液性能的影響

3 結論

以P(BMA－AANa)為乳化劑，采用無皂乳液聚合技術，利用BMA對廢PS泡沫塑料進行接枝改性。適宜的工藝條件為:P(BMA－AANa)質量分數為 51.5%;m(BMA)∶m(AA)=4 ∶6;PS 和BMA質量分數之和為10.0%;m(PS)∶m(BMA)=5∶5;(NH4)2S2O8質量分數為1.1%;反應溫度為75～85℃。在此工藝條件下合成的乳液的黏度、固含量和接枝率均較高，為乳白色液體，無顆粒，無異物，穩定性好，凍融穩定性合格，高溫穩定性合格。

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Modification of Waste Polystyrene by Soap-free Emulsion Polymerization

Kong Xiangwen，Wang Dan

(School of Applied Chemistry，Shenyang University of Chemical Technology，Shenyang Liaoning 110142，China)

The waste polystyrene(PS)foam was graft-modified by soap-free emulsion polymerization process using poly(butyl methacrylate-sodium acrylate)(P(BMA-AANa))as emulsifying agent.The suitable process conditions are as follows:mass fraction of P(BMA-AANa)51.5%，m(BMA)∶m(acrylic acid)=4 ∶6，total mass fraction of PS and BMA 10.0%，m(PS)∶m(BMA)=5 ∶5，mass fraction of(NH4)2S2O81.1%，reaction temperature 75－85℃，reaction time 3 h.The emulsion synthesized under these process conditions is a uniform and pure milky liquor with higher viscosity，solid-content and grafting degree，which has an acceptable freeze-thaw stability and temperature stability.

waste polystyrene;butyl methacrylate;sodium acrylate;graft modification;soap-free emulsion polymerazation;stability

X783.2

A

1006－1878(2011)04－0349－04

2011－01－16;

2011－03－25。

孔祥文(1962—)，男，江西省九江市人，博士，教授，主要從事有機化學教學、有機合成和二次資源綜合利用研究工作。電話 024－89383302，電郵 kxwwz12168@yahoo.com.cn。

遼寧省教育科學“十一五”規劃立項課題(JG09DB112);遼寧省教育廳高等學校科學研究項目(202092009)。

(編輯 祖國紅)